塑性混凝土防滲墻在察爾森水庫除險加固中的應用

劉玉才，滕忠雪，張 曉

（1.興安水文勘測局，內蒙古烏蘭浩特137400；2.察爾森水庫管理局，內蒙古烏蘭浩特137400；3.興安盟水務投資集團有限責任公司，內蒙古烏蘭浩特137400）

1 概述

察爾森水庫大壩是典型的壤土心墻壩，壩基巖土層結構較復雜，它的綜合防滲體系由心墻壤土截水槽、補救前后的混凝土防滲墻、壩基帷幕灌漿和作為天然鋪蓋的壩基冰磧層組成，空間分布厚度差別較大，防滲體系不完整。由于建設時受施工設備、施工條件限制及運行年限之久，大壩壩基滲漏嚴重。此次除險加固中在樁號0+150.00～0+815.00 m（長665.00 m）和樁號1+222.00～1+470.00 m（長248.00 m）采用C20 混凝土防滲墻，在壩軸線下游側1.00 m 處布設防滲墻中心線，設計厚度為0.60 m，防滲墻頂高程為340.00 m，其上回填塑性混凝土至高程370.00 m，壩頂高程為371.50 m。防滲墻底部深入弱風化巖0.50 m，根據工程地質情況，防滲墻最大設計深度為27.00 m。

2 防滲墻總體施工措施及施工流程

塑性混凝土作為一種抗?jié)B性能好、適應軟基變形能力強、工程造價低、施工簡單，在大中型水利工程及病險水庫加固作為防滲材料應用廣泛。塑性混凝土防滲墻造孔采用液壓抓斗“三抓成槽法”，優(yōu)質膨潤土泥漿護壁，抽桶法清洗換漿，一、二期槽孔接頭采用“接頭管法”處理，泥漿下導管澆筑塑性混凝土。混凝土防滲墻施工流程圖見圖1。

圖1 混凝土防滲墻施工流程圖

3 施工中防滲墻質量控制

3.1 成槽質量控制

3.1.1 導向槽的修建

混凝土導向槽作為一種臨時建筑物，沿防滲墻軸線布設在槽孔上方，用于支撐上部孔壁[1]。導向槽的凈寬為0.70 m，略大于防滲墻成槽寬度（0.60 m），高1.00 m、寬0.80 m，長度為防滲墻施工的長度。主要承重力為拔管機的重力及施工時的壓力。

3.1.2 成槽質量控制

成槽施工時，砂礫石層、粘土層、粘土質礫層及全風化層采用徐工XG450D 成槽機“三抓成槽法”的施工工藝；強風化層和弱風化層基巖采用CZ-8 沖擊鉆進。“三抓成槽法”即在6.80 m 的槽段施工中，為保證抓斗兩側受力均衡先抓取左右兩側2.80 m 的主孔，再抓取中間1.20 m 的副孔。在造孔過程中，為確保成槽質量防止孔壁坍塌，采用新鮮膨潤土泥漿固壁措施。

成槽中質量控制要點：

1）在成槽機就位后，抓斗靠自身重力自行下放導墻內，禁止強推造成導墻破壞、槽孔不滿足精度要求。

2）抓斗挖土過程中，在導墻附近時要上下均勻緩慢進出，防止由于泥漿的波動沖刷導向基礎砂礫石層，造成孔壁坍塌。

3）在成槽過程中，為避免槽底淤積及保證混凝土質量要持續(xù)補充新鮮泥漿，同時保證泥漿液面控制在地下水位0.50 m 以下，且不低于導墻頂高程0.30 m。

4）成槽機施工時，懸掛抓斗吊繩控制垂直張緊狀態(tài)，槽孔中心偏差保證在3 cm 內，孔斜率保證在0.4%內[8]。

3.2 防滲墻混凝土澆筑質量控制

槽孔內塑性混凝土澆筑直接影響防滲墻成墻連續(xù)性及槽段接頭質量的好壞，因而施工中要嚴格控制塑性混凝土澆筑質量。混凝土澆筑采用罐車運輸至壩頂澆筑口，澆筑時每槽段安設2 套導管連接1.50 m3的進料斗，料斗與導管接口處用1塊鋼板封住，導管底端埋入混凝土內。混凝土運輸車將熟料倒入2個斗后，同時將封口鋼板打開，混凝土沿導管下到底部托著泥漿上行，從而形成防滲墻。

塑性混凝土澆筑質量控制要點：

1）混凝土澆筑保證必須連續(xù)性，控制中斷時間在40 min 以內，保證混凝土澆筑速度不小于2 m/h，以免因為澆筑時間過長引起塌落度損失及堵管事故[2]。

2）為避免混凝土出現(xiàn)冷縫，水平夾泥層導管埋深控制在2.00～6.00 m 范圍內。

3）為控制終澆高程混凝土質量，澆筑時應保證終澆高程高于設計高程0.5 m 以上，再將高出部分混有泥渣的不合格混凝土鑿除[3-5]。

3.3 防滲墻接頭處理

防滲墻接頭采用“接頭管法”，在一期槽孔清孔驗收合格后混凝土澆筑前，利用吊車把接頭管下到槽孔兩端，做好固定后澆筑混凝土，待混凝土達到初凝后利用拔管機拔出，從而在槽段之間混凝土防滲墻形成U型連接口，繼而保證混凝土防滲墻澆筑后形成統(tǒng)一的整體[6]。“接頭管法”優(yōu)點是形成的U型連接口不僅能延長滲徑提高墻體抗?jié)B性能，而且免去重復鉆孔工作量，在提高施工進度的同時節(jié)約混凝土材料用量，從而節(jié)約工程資金[7]。

4 施工時特殊情況處理

在現(xiàn)場成墻實驗中，上部砂礫石層注漿后漿液滲漏嚴重，無法達到護壁效果，砂礫石層出現(xiàn)塌坡，使混凝土導向槽呈簡支梁狀態(tài)，承載能力降低，不僅影響后期拔管機施工，延后施工進度，同時滲漿量較大影響回填壩坡的穩(wěn)定性，對工程安全造成嚴重隱患。

4.1 造孔中坍塌原因分析

1）砂礫石層較松散，細顆粒含量較低，防滲效果較差。

2）成槽機造孔時，頻繁經過頂部砂礫石層對孔壁造成沖刷，且砂礫石層密實度較低。

3）施工時，由于受導墻高度的限制，抓斗反復升降，容易引起泥漿上下波動，造成對導墻基礎的沖刷。

4.2 處理措施

1）增加木屑和黏土。注漿后，在槽孔處人工添加木屑、機械添加粘土，然后用成槽機攪拌。

2）提高泥漿黏度。在原設計膨潤土泥漿性能指標基礎上，增加膨潤土摻量，提高黏度。

3）防滲墻成槽期間，為減少震動對槽壁的影響，重型機械不允許在槽孔范圍內施工，對容易產生塌孔的粘土心墻上部的砂礫石層，抓斗施工時慢提與慢放，防止抓斗過快提升及泥漿波動對槽壁的影響[8]。

4）綜合考慮大壩安全、工程量及工期，推倒現(xiàn)有導墻深挖重建不現(xiàn)實，所以采用花管預灌漿固壁的方法處理，灌漿深度為6.00 m。

5 混凝土防滲墻質量控制實施效果

5.1 成墻后質量檢測

防滲墻成墻28 d 后，委托相關單位采用無損檢測法對察爾森水庫新建混凝土防滲墻進行質量檢測。

5.1.1 防滲墻混凝土密實度、連續(xù)性、強度檢測方法

1）地震映像法能檢測墻體密實度的變化、是否存在斷墻及厚度內縮等缺陷。如果墻體澆筑的密實度不均勻，地震波的形態(tài)會發(fā)生改變；如果厚度內縮，會有反射波同相軸出現(xiàn)。此方法能發(fā)現(xiàn)密實度細微的變化，但不能檢測出墻體的連續(xù)性。

2）高密度電法，可以用來判斷防滲墻墻體是否連續(xù)。此方法根據電阻率的等值斷面圖反應的電阻率是否連續(xù)，從而判斷墻體是否連續(xù)。

3）面波勘探，此方法是用測量墻體的縱波波速來判斷混凝土的強度。一般縱波波速越高表明混凝土強度越高。

5.1.2 物探質量檢測結論分析

地震映像成果圖上部有不連續(xù)較窄的散射波速，是由于塑性混凝土之上的土層不均性導致地震波變異，墻體深部未發(fā)現(xiàn)異常較寬波速，證明防滲墻密實度均勻性較好。電阻率的等值線圖在防滲墻范圍內電阻率值沒有低阻區(qū)，說明墻體連續(xù)性較好。墻體縱波波速圖上下部波速分別為1.5~1.7，2.5~2.9 km/s，均為正常混凝土波速，判斷墻體強度達到要求。由此可判斷新建混凝土防滲墻墻體不存在缺陷，墻體連續(xù)、強度正常。

5.2 施工前后防滲效果分析

因為加固后，2017 年庫水位平均在349.93 m，因此選取與加固后庫水位相近的2003，2007，2008，2011，2015年加固前防滲墻后馬道處的測壓管水位進行分析，選取斷面分別為樁號0+274 m的3斷面、樁號0+390 m的4斷面、樁號0+705 m的6斷面、樁號1+242 m的9斷面、樁號1+474 m 的10斷面，馬道處壩基承壓水加固前后消減率見表1。

1+474 m（10斷面）馬道處基礎測壓管水位加固前后都很低，加固前后平均分別為334.6，335.23 m，地面高程約335.67 m，均在壩體基礎沙礫層內，說明該部位壩基無承壓水。

從表1 可看出，基礎加固后防滲體系起到一定的防滲消減作用，防滲效果較好。

表1 馬道處壩基承壓水加固前后對比表

6 結語

混凝土防滲墻是水庫大壩除險加固工程一種主要的防滲加固措施，在施工中要嚴格按照設計標準及規(guī)程規(guī)范控制施工質量，從而達到良好的施工效果。察爾森水庫除險加固工程防滲墻施工具體工程案例，說明防滲墻施工要取得良好防滲效果不僅需要先進的施工技術，而且需要嚴格控制施工質量，才能更好地發(fā)揮水庫大壩工程效益，同時此實際工程案例也可為以后同類施工提供參考。